一种三氯化铀的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种三氯化铀的制备方法及其应用，将铀或铀合金作为阳极，在所述阳极和阴极间施加电压，在100～300℃的氯化物熔盐中电解，铀在阳极熔解，并在阳极区形成三氯化铀沉淀，过滤，纯化得到三氯化铀。本发明专利技术提出的方法解决了三氯化铀制备复杂、成本高等问题。在熔盐体系中直接原位生产三氯化铀，原料易得，不采用强腐蚀性气体，整个过程操作简单，反应条件温和，实用性强。

A preparation method of uranium trichloride and its application

【技术实现步骤摘要】
一种三氯化铀的制备方法及其应用
本专利技术涉及核
，具体涉及一种三氯化铀的制备方法及其应用。
技术介绍
干法后处理技术对于未来先进核燃料循环具有明显优势，目前最具有前途的干法后处理技术为熔盐电解精炼技术。该技术主要以氯化物熔融盐作为介质，在高温条件下采用电化学方法将乏燃料中的锕系元素回收，同时实现与裂片元素的分离。具有耐辐照、低临界风险、放射性废物少等优点。而作为重要的核工业产品，三氯化铀在干法后处理中有着至关重要的作用。在电精炼过程中，为了维持电解电压的稳定性，需要在电解质中加入大量的三氯化铀(约10wt％)。传统制备三氯化铀的方法成本高昂，而且操作复杂，腐蚀严重。制备三氯化铀的常用方法通常比较复杂，例如：使用金属铀与氯气在高温下反应生成四氯化铀，然后再用氢气还原；也可以用氢气与金属铀反应生成氢化铀，然后再与氯化氢气体反应制备得到三氯化铀。但是制备步骤多，并且需要用到有毒的氯气和氯化氢等原料，会腐蚀设备，污染环境。再者，也可以使用金属氯化物如CdCl2在高温熔盐介质中与金属铀反应制备，但会使产品中含有杂质，后续分离复杂，成本高，难以分离得到纯的三氯化铀。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种三氯化铀的制备方法及其应用。本专利技术目的在于提供一种三氯化铀的制备方法，将铀或铀合金作为阳极，在氯化铝熔盐体系中电解，所述氯化铝熔盐体系为AlCl3-NaCl熔盐、AlCl3-LiCl熔盐、AlCl3-KCl熔盐或NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐。本专利技术简化了制备三氯化铀的方法，由于三氯化铀在氯化铝熔盐体系中不熔解，可以在阳极区直接原位生成三氯化铀，并且以沉淀的方式与电解液分离开来，能够高效的制备纯的三氯化铀，并且回收铀合金中的铀，而且具备操作温度低，腐蚀性小，操作简单，对设备要求低，成本低的优势。因此，可以在氯化铝熔盐体系中更简单、更环保、更经济的制备纯的三氯化铀。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述AlCl3-NaCl熔盐中AlCl3和NaCl摩尔比为30:70～63:37；所述AlCl3-LiCl熔盐中AlCl3和LiCl摩尔比为30:70～63:37；所述AlCl3-KCl熔盐中AlCl3和KCl摩尔比为30:70～63:37；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐组成为任意摩尔比；优选地，所述AlCl3-NaCl熔盐中氯化钠和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述AlCl3-LiCl熔盐中氯化锂和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述AlCl3-KCl熔盐中氯化钾和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐以摩尔比例组成为50:30:20。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述氯化铝熔盐体系温度为100～300℃；优选的，所述AlCl3-NaCl熔盐温度为150-170℃；所述AlCl3-LiCl熔盐温度为160℃；所述AlCl3-KCl熔盐温度为170℃；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐温度为140℃。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述阳极为纯铀、铀铝合金、铀钼合金、铀硅合金或铀锆合金；和/或，阴极为铝、钼、钨、铜、镍或铬。根据本专利技术的一些优选实施方式，在所述阳极和阴极间施加电压为0.2～3.0V，优选为1.5～2.5V。根据本专利技术的一些优选实施方式，铀在阳极熔解，并在阳极区形成三氯化铀沉淀，过滤，纯化得到三氯化铀；优选的，所述过滤采用金属网过滤或倾析法；和/或，所述纯化为在400～500℃下真空蒸馏。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述金属网由金属滤网制成，优选的，所述金属滤网为金属钼滤网、铂金滤网、金属钨滤网或不锈钢滤网；和/或，所述金属滤网的网孔为200～2000目。根据本专利技术的一些优选实施方式，电解在无水无氧条件下进行；和/或，在保护气体下进行，优选的，所述保护气体选自氩气、氮气和氦气中的一种或多种。根据本专利技术的一些优选实施方式，包含以下步骤：1)将含氯化铝的氯化物熔盐置于坩埚中加热至100～300℃优选140～180℃温度，使其熔化；2)两电极体系电解：在无水无氧条件下，以铀或铀合金作为阳极；以铝、钼、钨、铜、镍或铬作为阴极，施加0.2～3V优选1.5～2.5V的槽电压，反应1～10小时，在阳极区得到三氯化铀沉淀；或者，三电极体系电解：在无水无氧条件下，以铀或铀合金作为阳极，以铝棒做参比电极，以铝、钼、钨、铜、镍或铬作为阴极，控制工作电极电位在0.2～2V优选0.5～1.5V，反应1～10小时，在阳极区得到三氯化铀沉淀；3)将坩埚中的黄绿色沉淀用金属网过滤或者采用倾析法得到坩埚底部沉淀，在400～500℃下真空蒸馏，得到三氯化铀。本专利技术的第二个目的是提出根据上述制备三氯化铀的方法在铀合金的分离或制备核工业产品中应用。本专利技术的有益效果至少在于：本专利技术提出三氯化铀的制备方法，解决了三氯化铀制备复杂，成本高，污染严重的难题，并通过控制反应条件实现三氯化铀高效的合成速率。本专利技术方法可以在氯化铝熔盐体系中，直接实现铀在阳极区以电化学溶解和化学沉淀协同的方式制备三氯化铀，且阳极溶解过程只需要控制电解电压即可，沉淀组分单一，容易提纯。不引入其他杂质，不采用强腐蚀性气体，整个过程操作简单、反应条件温和、设备要求低、经济性好、实用性强。同时本专利技术的方法，通过改变电解电压，控制铀的在阳极的溶解速率，可以高效的生产三氯化铀沉淀，过滤后真空蒸馏，得到纯品，简单实用，并且制备三氯化铀的成本低廉。对于核工业领域具有重要意义，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术实施例1电解制备三氯化铀的示意图。图2为本专利技术实施例1电解后未分离的三氯化铀沉淀示意图。图3为本专利技术实施例1真空蒸馏得到的三氯化铀产品示意图。图4为本专利技术实施例1得到的产品三氯化铀的XRD表征图。具体实施方式以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，实施例中电化学实验在AutolabPGSTAT302N上进行，使用Metrohm的Nova软件包控制数据采集和电化学测试，所得产品用X射线衍射仪(Bruker,D8Advance)进行测定表征。实施例中，试剂均为市售常规原料，购自麦克林公司。实施例1熔盐体系的制备，首先，将试剂转入手套箱中(水和氧含量小于1ppm)保存。按照摩尔比1:1配置高纯无水的NaCl和AlCl3(纯度均大于99.5％)，混合均匀后，置于刚玉坩埚中，升温至240℃。用1000目的钼网过滤去除悬浮杂质，即得。LiCl和AlCl3、KCl和AlCl3以及NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4的制备方法相同。实施例1将100gAlCl3-NaCl盐(AlCl3和NaCl摩尔比为1:1)置于氧化铝坩埚中，控制温度为170℃；图1为其电解示意图，高纯金属铀棒作阳极(纯度不低于99.9％)，铝丝作阴极(纯度不低于99.999％)。控制槽电压为2.0V，电解2h，电解电流大概维持在0.4A左右。电解结束后(电解沉淀如图2所示：说明三氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三氯化铀的制备方法，其特征在于，将铀或铀合金作为阳极，在氯化铝熔盐体系中电解，所述氯化铝熔盐体系为AlCl3‑NaCl熔盐、AlCl3‑LiCl熔盐、AlCl3‑KCl熔盐或NaAlCl4‑LiAlCl4‑KAlCl4熔盐。

【技术特征摘要】
1.一种三氯化铀的制备方法，其特征在于，将铀或铀合金作为阳极，在氯化铝熔盐体系中电解，所述氯化铝熔盐体系为AlCl3-NaCl熔盐、AlCl3-LiCl熔盐、AlCl3-KCl熔盐或NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述AlCl3-NaCl熔盐中AlCl3和NaCl摩尔比为30:70～63:37；所述AlCl3-LiCl熔盐中AlCl3和LiCl摩尔比为30:70～63:37；所述AlCl3-KCl熔盐中AlCl3和KCl摩尔比为30:70～63:37；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐组成为任意摩尔比；优选地，所述AlCl3-NaCl熔盐中氯化钠和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述AlCl3-LiCl熔盐中氯化锂和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述AlCl3-KCl熔盐中氯化钾和氯化铝的摩尔比例为1:1～1:1.5；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐以摩尔比例组成为50:30:20。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氯化铝熔盐体系温度为100～300℃；优选的，所述AlCl3-NaCl熔盐温度为150-170℃；所述AlCl3-LiCl熔盐温度为160℃；所述AlCl3-KCl熔盐温度为170℃；所述NaAlCl4-LiAlCl4-KAlCl4熔盐温度为140℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳极为纯铀、铀铝合金、铀钼合金、铀硅合金或铀锆合金；和/或，阴极为铝、钼、钨、铜、镍或铬。5.根据权利要求1所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：石伟群，钟宇科，刘雅兰，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11